半導体ナノ構造における超高速・電子相互作用の制御と次世代超高性能レーザへの応用

1995 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07405018
• 研究種目: 一般研究(A)
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 荒川 泰彦 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (30134638)
• 研究分担者: 榊 裕之 東京大学, 先端科学技術研究センター, 教授 (90013226) ; 藤井 陽一 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (00013110)
• キーワード: 量子ナノ構造 / MOCVD / 量子細線 / 量子箱 / 微小共振器 / レーザ / 化合物半導体 / 光デバイス

研究概要

本研究は半導体ナノ構造における光および電子の超高速相互作用を制御し、さらに次世代の超高速レーザの可能性を探索することを目的とする。本牧的遂行のため、本研究では次の項目について研究を進め、極限光デバイスへの展開をはかる。
(1)光子を制御するために「3次元微小共振器」を、また電子を制御するために「ナノ構造(量子箱)」の実現の実現技術を確立する。
(2)単一もしくは特定の複数の量子箱に光学的にアクセスし、個々のの電子正孔対と光子とのフェムト秒領域における相互作用を明かにしその制御をはかる。このため、フェムト秒分光技術と光Near Field効果を伴うSTM技術を駆使する。
(3)微小共振器と量子箱構造により光子と電子の相互作用を完全に制御した半導体レーザを実現し、その超低しきい値化、超高速化をはかり、次世代の半導体レーザのあり方を浮き彫りにする。
95年度では量子ドット構造の形成技術について(1)形成の初期過程の観察(2)自然配列化(3)新しい作製法の開拓(4)微小共振器量子ドットレーザ作製(5)劈開面上への量子細線の選択成長について成果を挙げるとともに、ナノメートルスケールの光・電子相互作用の解明として(6)近接場光顕微鏡による量子ドットの光学評価(7)マイクロフォトルミネッセンスによる2次元電子ガスとポイントコンタクト構造における電子の噴出現象の可視化を進めた。さらに、(8)共振器ポラリトンにおける励起子・励起子散乱の効果の解明(9)微小共振器中の量子井戸における磁気励起子効果の観測(10)2次元フォトニック結晶における新欠陥構造の提案など、共振器効果についても重要な知見を得ることができた。
これらの成果の中には当初予想していなかったものもある。2年目以降さらに研究を発展させていきたかと考えている。

研究成果

• [文献書誌] Y.Nagamine,T.Tanaka,T.kono,S.Tsukamoto,M.Nishioka,Y.Arakawa,K.uchida: "Observation of enhanced lateral confinement of excitions in GaAs quantum wires various sizes(7-30nm) by magnetophofiuminescerce." Appl.Phys.Lett. 66(19). 2502-2504 (1995)
• [文献書誌] M.Kitamura,M.Nishioka,J.Oshinowo,Y.Arakawa: "Formation of InGaAs Quantum Dots on GaAs Multi-Atomic Steps by Metalorganic Chemical Vapor Deposition Growth" Jpn.J.Appl.Phys.Vol.34 Partl.No88. 4376-4379 (1995)
• [文献書誌] Y.Nagamune,H.Watabe,F.Sogawa,Y.Arakawa: "One-dimensional exciton diffusion in GaAs quantum wires" Appl.Phys.Lett. 67(11). 1535-1537 (1995)
• [文献書誌] T.Kono,S.Tsukamoto,Y.Nagamune,F.Sogawa,M.Nishioka: "Exciton radiative lifetime in GaAs quantum wires growth by metalorganic chemical-vapor Selective growth" Appl.Phys.Lett. 64(12). 1564-1566 (1994)
• [文献書誌] E.Katoh,K.Hoshino,N.Tanaka,M.Nishioka,Y.Arakawa: "Saturation of photoluminescence quenching under below-gop excitation in a GaAs/AlGaAs quantum well" Journal of Luminescence. Vol.63. 235-240 (1995)
• [文献書誌] Y.Nagamune,H.Watabe,M.Nishioka,Y.Arakawa: "Observation of a single photoluminescence peak from a single quantum dot" Appl.Phys.Lett. 67(22). 3257-3259 (1995)
• [文献書誌] Y.Arakawa他: "Confined Electrons and Photons New Physice and Applications" Plenum Publishing Corporation, 907 (1995)
• [文献書誌] Y.Arakawa他: "Ultrafast and Vltra-parallel Optoelectronics" John Wiley and Sons, 606 (1995)